[发明专利]可变床层总高度催化反应方法及其装置

说明书

本发明属于化学工程领域中反应工程部分。

任何一种催化反应的催化剂在一个运转周期内其活性都是逐步下降的，差别仅在于活性下降的速度不同，因而采用的反应器形式不同。如流化床反应器适用于失活极快的反应，固定床反应器适用于失活速度较慢的反应器，但是无论哪一种反应器，在运行过程中其催化剂用量都是固定不变的，这在专利US.4313908，US4330505，US4233268，CN86103973和特开昭59-126407中均有阐述，其中US4313903和US4330505中所述的固定床反应器也能变动床层总高度，这种固定床反应器是在主床层之上设置辅助床层，进行催化反应过程中当辅助床层发生淤塞时，参加反应的气相和/或液相物料通过设置在反应器内的旁路进到主床层，此时反应器的总床层高度降低了，但可延长操作周期，由上述现有技术可知，还未曾有采用以增加反应器床层高度来延长操作周期的催化反应方法。

本发明的目的在于解决上述现有技术之中不足之处，采取逐步增加催化反应器床层高度的方法来实现增加催化剂量以达到延长操作周期，同时提高反应选择性的目的。

实现本发明的装置是可变床层总高度催化反应装置，见附图一所示。在固定床催化反应器R内设置A_（1-n）和B_（1-n）……催化剂床层，A和B可为单段床层也可为两段或多段床层，A和B催化剂床层可以设置在同一个反应器内，也可以设置在两个反应器或多个反应器内，每一个反应器均设有原料入口阀门V_Fi和入口管线3，反应器底部设有反应物排出阀门V_Ei和出口管线4，每一个反应器还设有流向相继的反应器的反应物排出阀门V_si，若该反应器固定处于流向的最后一个反应器位置则不必设置V_Si阀。在本装置操作初期，催化剂活性高时仅床层Ai投入使用，参加反应的原料气相和/或液相通过管线1，2，原料入口阀门V_Fi和管线3进入反应器，原料在反应床层Ai进行反应，当Ai床层上的催化剂失活即达不到规定的转化率时，可以调节进入床层Ai的进料量，关闭反应器出口阀门V_E1，启开反应器旁路原料入口阀门V_si，原料进入B₁床层，在催化剂活性高，反应物达到规定的转化率时通过B₁床层，经出口阀门V_E2离开反应器。当反应又不到规定转化率时，可以关闭阀门V_B2，启开旁路阀门V_S2使未反应完的物料进入下一个催化剂床层，也可以终止操作使反应器进入催化剂再生程序。B床层的个数根据反应特性和工艺要求而决定。

本发明效果的大小和反应特性有关，愈是串连付反应的反应速度高，床层底部催化剂严重失活时，本发明效果愈显示出优越性。采用增加催化剂床层高度的方法来解决催化剂的选择性和操作周期之间的矛盾，即催化反应初期催化剂活性高则采用低的床层高度，可缩短串连付反应的反应时间，在反应后期转化率下降时，采用增加催化剂床层高度的方法来实现在延长操作周期内达到平均选择性高并保持稳定的转化率。在可变床层高度反应器的总高度和附图二所示一般固定床反应器总高度相等情况时，则可变床层高度反应装置能延长操作周期两倍。本发明适用于催化反应过程，特别适用于苯烷基化，甲苯烷基化反应过程。

附图一说明：

1和2进入催化反应装置的原料管线。

3进入催化反应器的物料管线。

4输出反应产物的管线。

V₁进入催化反应器的原料阀门。

V₂两个催化剂床层（或反应器）之间连接管道的阀门也称为旁路阀门。

V_E反应器出料阀门。

A反应装置开车时就投入使用的催化剂床层。

B在床层A失活后投入使用的催化剂床层。

R可变床层总高度催化反应器。

附图二说明：

11和12进入催化反应装置的原料管线。

13反应产物出口管线。

E常规固定床反应器。

A₁～A₄催化剂床层。

实施例

苯和乙烯反应生成乙基苯，主要反应过程如下：

乙苯为反应的目的产物，二乙苯可以与苯反应生成乙苯，经分离后可返回反应器入口。甲苯和二甲苯是副产物起降低选择性的作用。乙苯，乙烯、苯，二乙苯，甲苯均能使催化剂失活，但使催化剂失活的反应速度常数是不同的，其规律为乙烯乙苯苯。在原料进料的苯烯比为15时，催化反应器中上部床层失活主要由乙烯导致，而下部导致催化剂失活的主要是芳烃。各种失活作用叠加，使催化剂床层呈现上层失活迅速，下层失活较缓慢，严重失活层的前沿逐步下移的失活特征。采用变化催化剂用量，即床层高度的改变来延长操作周期，如图二所示的固定床反应装置操作周期为35天，采用相同的空速选用图一所示的可变床层总高度催化反应装置，反应初期使用四段床层，当催化剂活性下降，不能达到规定的转化率时，启用第五段床层，催化剂又失活时启用第六段床层可以使操作周期达到70天。